Podstawy doboru wibroizolatorów
Wibroizolator, to element sprężysty umieszczony między urządzeniem a podłożem, którego zadaniem jest wytłumienie drgań generowanych przez urządzenie i przenoszonych na podłoże lub odwrotnie. Precyzyjny dobór wibroizolatorów oraz dokładne określenie skuteczności ich działania, wymaga dokonania pomiaru drgań oraz zastosowania zaawansowanego aparatu matematycznego. Jednak w wielu przypadkach można w prosty sposób dobrać wibroizolatory, mając do dyspozycji katalog wibroizolatorów oraz kilka danych dotyczących maszyny.
Podstawowe pojęcia
k - współczynnik sprężystości (sztywność) - iloraz przyłożonej siły do ugięcia, jakie spowodowała ta siła; wyrażany w N/m (w przypadku wibroizolatorów podawana także w N/mm)
fo - częstotliwość drgań własnych - częstotliwość, z jaką drga układ wytrącony z równowagi, na który nie działają żadne siły zewnętrzne
f - częstotliwość drgań wymuszonych - częstotliwość, z jaką drga układ pod wpływem przyłożonych sił zewnętrznych
Fi - siła przenoszona na podłoże z drgającej maszyny, gdy maszyna zamocowana jest na sztywno
Fs - siła przenoszona na podłoże z maszyny zamocowanej na wibroizolatorach
Istota wibroizolacji
Częstotliwość drgań własnych fo układu złożonego z masy zawieszonej na sprężynie, jest proporcjonalna do masy i odwrotnie proporcjonalna do współczynnika sprężystości; im mniejszy współczynnik sprężystości, tym mniejsza fo.
Stosunek sił Fs/Fi jest miarą skuteczności tłumienia drgań - im mniejszy jest ten iloraz, tym skuteczniejsza wibroizolacja. Iloraz ten zależy od stosunku częstotliwości f/fo. Zależność pokazuje poniższy wykres - na osi X - f/fo, na osi Y - Fs/Fi.
Z wykresu wynika, że siła przenoszona na podłoże przez wibroizolatory może być większa, niż gdyby tych wibroizolatorów nie było!!! W skrajnym przypadku, gdy f=fo, zachodzi zjawisko rezonansu, a to może spowodować duże szkody.
Wniosek oczywisty - dobierając wibroizolatory, należy zachować rozwagę. O tłumieniu drgań możemy mówić dopiero wówczas, gdy częstotliwość drgań wymuszających jest 1,5 razy większa od częstotliwości drgań własnych.
Jak dobrać wibroizolator?
Wiedza niezbędna: masa maszyny, ilość punktów podparcia (wibroizolatorów), nacisk w każdym punkcie podparcia (najlepiej, jeżeli jest równomierny), częstotliwość drgań maszyny.
W katalogu wibroizolatorów podana są na ogół: maksymalne obciążenie wibroizolatora oraz współczynnik sprężystości.
Wybór odpowiedniego wibroizolatora to znalezienie kompromisu między jego wytrzymałością, a sztywnością.
Postępowanie w praktyce
Obciążenie statyczne pochodzące od maszyny, w punkcie montażu wibroizolatora, powinno wynosić około 80% katalogowego maksymalnego obciążenia wibroizolatora. Pozostałe ok. 20% to zapas na obciążenia dynamiczne (rzadko się zdarza, że są one znane). Znając obciążenie statyczne, znamy masę m spoczywającą na wibroizolatorze (obciążenie statyczne to siła ciężkości), a z katalogu odczytujemy współczynnik sprężystości k. Obliczamyczęstotliwość drgań własnych ze wzoru:
W niektórych katalogach, fo (ang. natural frequency) można odczytać z wykresu, np. w katalogu Trelleborg AVS. Poniżej wykres z katalogu dla wibroizolatorów Fanflex. Przykład: Fanflex 100-55 obciążony masą 30 kg, będzie miał fo nieco ponad 10 Hz. Ten sam wibroizolator, obciążony masą 55 kg, uzyska fo ok. 7,5 Hz. Przy obciążeniu masą 55 kg skuteczność tłumienia będzie większa niż przy obciążeniu masą 30 kg.
Porównujemy uzyskaną częstotliwość drgań własnych fo z częstotliwością wymuszającą f. Jeżeli stosunek f/fo jest mniejszy od 1,5 to zastosowanie tego wibroizolatora traci sens. O skutecznej wibroizolacji można mówić, gdy stosunek ten wynosi przynajmniej 2.
